JPH0948133A - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットプリンタヘッドの基板におい
て二枚の圧電部材を接着する場合に、圧電部材が温度変
化により伸縮を繰り返してもその接着部で剥離しないよ
うにする。 【解決手段】 圧電部材６，７の線膨張係数と略等しい
線膨張係数を有する接着剤１６を作製し、この接着剤１
６を用いて圧電部材６，７同士を接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オンデマンド方式
のインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インク供給部に接続して並設した
多数の圧力室の先端にインク吐出口を有するノズル板を
固定し、印字指令に応じて圧力室内のインク圧を選択的
に高めてインク吐出口からインク滴として吐出させるよ
うにしたオンデマンド方式のインクジェットプリンタヘ
ッドが知られている。

【０００３】このようなインクジェットプリンタヘッド
における圧力室内のインク圧を高めてインク滴を吐出さ
せる方法としては、圧力室の両側に配列した側壁の少な
くとも一部を圧電部材により形成し、その側壁の側面に
電極を設け、この電極に電圧を印加して側壁をシェアモ
ード変形させる方法が特開昭６３−２４７０５１号公報
に開示されている。

【０００４】ここで、インクジェットプリンタヘッドを
製造する過程で一対の圧電部材同士を接着し、又は、セ
ラミックス基板やガラス基板等の板状部材と圧電部材と
を接着して基板を形成する際に、その接着面間に気泡が
入る場合がある。そして、このような気泡が入ると、そ
の気泡によって隣合う圧力室同士がリークし、各圧力室
内のインク圧を印字指令に応じて正確に高めることがで
きなくなる。従って、圧電部材同士又は圧電部材と板状
部材とを接着する際には、その接着面間に気泡が入らな
いようにしなければならない。

【０００５】接着面間に気泡が入らないように接着を行
なう方法としては、特開平６１−２９２２４４号公報や
特開平４−１４６３６号公報において、接着面に接着剤
を塗布した板状部材を真空雰囲気中に置くことにより接
着剤中から気泡を脱泡する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
平６１−２９２２４４号公報や特開平４−１４６３６号
公報において開示された接着方法では、板状部材の線膨
張係数と接着剤の線膨張係数とに関しては何ら考慮され
ていない。このため、板状部材と接着剤との線膨張係数
の差が大きい場合には、板状部材と接着剤とが温度変化
に伴う伸縮を繰り返すうちに剥離する場合がある。

【０００７】そして、インクジェットプリンタヘッドに
おいて圧電部材や板状部材と接着剤とが剥離すると、隣
合う圧力室同士がリークし、各圧力室内のインク圧を印
字指令に応じて正確に高めることができなくなる。

【０００８】そこで請求項１記載の発明は、温度変化に
よって圧電部材と接着剤とが伸縮を繰り返しても、圧電
部材と接着剤との剥離を防止でき、剥離によって隣合う
圧力室同士がリークすることのないインクジェットプリ
ンタヘッドの製造方法を提供する。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、温度変化に
よって圧電部材と板状部材と接着剤とが伸縮を繰り返し
ても、圧電部材と接着剤との剥離、及び、板状部材と接
着剤との剥離を防止でき、剥離によって隣合う圧力室同
士がリークすることのないインクジェットプリンタヘッ
ドの製造方法を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、インクジェットプリンタヘッドの基板における二枚
の圧電部材同士を積層させて接着する接着剤として、こ
れらの圧電部材の線膨張係数と略等しい線膨張係数を有
してフィラーを混合した接着剤を用いる。そして、圧電
部材の接着面へこの接着剤をスクリーン印刷で塗布し、
接着剤をスクリーン印刷した圧電部材を真空雰囲気中に
所定時間放置することにより接着剤中に含まれている気
泡を脱泡させ、真空雰囲気中で圧電部材同士を接着した
後に大気中に戻して加熱加圧することにより接着剤中に
残留している気泡をさらに脱泡させる。従って、圧電部
材同士を接着する接着剤の中には気泡がほとんど含まれ
なくなり、また、温度変化により圧電部材や接着剤が伸
縮を繰り返しても圧電部材と接着剤との剥離を防止で
き、隣合う圧力室同士のリークを防止できる。

【００１１】請求項２記載の発明では、インクジェット
プリンタヘッドの基板における圧電部材と圧電部材以外
の板状部材とを積層させて接着する接着剤として、圧電
部材の線膨張係数と板状部材の線膨張係数との双方に近
似する線膨張係数を有してフィラーを混合した接着剤を
用いる。そして、圧電部材の接着面と板状部材の接着面
とのいずれか一方へこの接着剤をスクリーン印刷で塗布
し、接着剤をスクリーン印刷した圧電部材又は板状部材
を真空雰囲気中に所定時間放置することにより接着剤中
に含まれている気泡を脱泡させ、真空雰囲気中で圧電部
材と板状部材とを接着した後に大気中に戻して加熱加圧
することにより接着剤中に残留している気泡をさらに脱
泡させる。従って、圧電部材と板状部材とを接着する接
着剤の中には気泡がほとんど含まれなくなり、また、温
度変化により圧電部材や板状部材や接着剤が伸縮を繰り
返しても圧電部材及び板状部材に対する接着剤の剥離を
防止でき、隣合う圧力室同士のリークを防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。インクジェットプリン
タヘッド１は図１に示すように、基板２に対して天板３
とノズル板４とを接着することにより形成している。

【００１３】前記基板２は、底板５の上に二層の圧電部
材６，７を接着することにより三層構造に形成する。前
記底板５は、剛性が高く熱変形の少ないセラミックスや
ガラスを材料として形成し、その板厚寸法を０．５〜５
ｍｍ程度としている。前記圧電部材６，７は、板厚方向
に分極したものをその分極方向が逆向きとなるように接
着する。

【００１４】また、前記基板２に対して溝加工を施すこ
とにより、圧電部材７の上面から圧電部材６の内部に達
すると共に互いに平行な多数の溝８とこれらの溝８を隔
てる多数の側壁９とを交互に形成する。なお、この溝加
工は、ＩＣウエハの切断等に用いるダイシングソーのダ
イヤモンドホイール等を用いて行なう。また、これらの
溝８は、基板２の前面側において開口し、奥側を閉塞し
た形状に形成する。さらに、溝８の寸法はインクジェッ
トプリンタヘッドの仕様により決定するが、例えば、深
さ寸法を０．２〜１ｍｍ、幅寸法を２０〜２００μｍ、
長さ寸法を５〜５００ｍｍに形成する。

【００１５】ついで、溝８と側壁９とを形成した前記基
板２に対して無電解メッキ処理を施すことにより、前記
側壁９の側面に電極１０を形成し、及び、前記圧電部材
７の上面にこれらの電極１０と連続する配線パターン１
１を形成する。さらに、この基板２を用いて前記インク
ジェットプリンタヘッド１を完成させたときに、前記電
極１０がインクと接触することを防止するために、電極
１０の上に絶縁膜１２を被覆する。

【００１６】このようにして溝８や側壁９、及び、電極
１０や絶縁膜１２を形成した基板２に対し、溝８の頂部
側開口面を覆うように前記天板３を接着し、及び、溝８
の先端側開口面を覆うように前記ノズル板４を接着し、
各溝８をこれらの天板３とノズル板４とで囲むことによ
り多数の圧力室１３を形成する。なお、前記ノズル板４
には、各圧力室１３に連通する多数のインク吐出口１４
を形成し、前記天板３の下面には、各圧力室１３に連通
すると共にこれらの圧力室１３にインクを供給するため
のインク供給管（図示せず）を接続するインク供給路１
５を形成する。

【００１７】ここで、前記圧電部材６，７同士を接着す
る工程を図３に基づいて説明する。まず、前記圧電部材
６，７の線膨張係数と略等しい線膨張係数を有する接着
剤１６を作製する。この接着剤１６は、インクに対して
耐性のある接着剤、例えば、エポキシ系の接着剤にセラ
ミックスの微粉等からなるフィラーを混合することによ
り作製できる。そして、この接着剤１６を図３（ａ）に
示すように、スクリーン印刷版１７を用いて一方の圧電
部材６の接着面にスクリーン印刷する。なお、このスク
リーン印刷によれば、接着剤１６を非常に薄く、例え
ば、５〜１０数μｍの厚さに塗布することができる。

【００１８】ついで、接着剤１６をスクリーン印刷した
圧電部材６を図３（ｂ）に示すようにロータリポンプ１
８を備えた真空装置１９内に入れ、ロータリポンプ１８
を駆動させて作り出した真空雰囲気中に所定時間、例え
ば、１０分〜１時間放置する。なお、この場合に必要と
なる真空度は１Ｔｏｒｒ程度であり、ロータリポンプ１
８の駆動によって容易に得られる値である。そして、接
着剤１６をスクリーン印刷した圧電部材６を真空雰囲気
中に所定時間放置した後、この真空装置１９内におい
て、圧電部材６と圧電部材７とを接着剤１６を介して接
着する。この場合、重り２０を付けることにより軽く加
圧する。

【００１９】圧電部材６，７同士を真空装置１９内で接
着した後にこの圧電部材６，７を真空装置１９から取り
出し、図３（ｃ）に示すように、接着ジグ２１に取り付
けて高温槽２２に入れることにより加熱加圧する。な
お、この場合の加圧力は１〜３ｋｇ／ｃｍ² とし、加熱
温度は４０〜２００℃の範囲内で接着剤１６の種類に適
した温度を選択する。

【００２０】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド１では、圧力室１３内にインクを供
給した状態で配線パターン１１を介して電極１０へ電圧
を印加すると、圧電部材６，７で形成した側壁９が圧力
室１３の容積を大きくする方向へシェアモード変形し、
やがて、側壁９が急激に初期位置に復帰する。そして、
側壁９が急激に初期位置に復帰した際に、圧力室１３内
のインクを加圧することによりそのインクの一部がイン
ク吐出口１４からインク滴として吐出する。なお、この
インク滴の吐出時には、クロストークを防止するため、
偶数番目の圧力室１３と奇数番目の圧力室１３とを交互
に加圧する。また、インク吐出口１４を先端側に向かう
につれて次第に縮径するテーパ状に形成してあるため、
インク滴がインク吐出口１４からスムーズに吐出する。

【００２１】二枚の圧電部材６，７を接着した接着剤１
６の線膨張係数を圧電部材６，７の線膨張係数と略等し
い値としているため、温度変化に伴って圧電部材６，７
が伸縮した場合には接着剤１６も同じように伸縮する。
従って、圧電部材６，７や接着剤１６が温度変化に伴う
伸縮を繰り返しても、圧電部材６，７と接着剤１６との
接着状態が確実に維持される。このため、圧電部材６，
７と接着剤１６とが剥離するということがなく、剥離に
よって隣合う圧力室１３同士がリークするという課題を
解消でき、圧力室１３内のインク圧を印字指令に応じて
正確に高めることができると共に印字指令に応じたイン
ク滴の吐出を確実に行なわせることができる。

【００２２】また、接着剤１６はフィラーを混合するこ
とによって粘度が高くなるが、圧電部材６の接着面への
塗布をスクリーン印刷で行なうことにより、薄く、か
つ、均一な膜厚に塗布することができる。そして、接着
剤１６の膜厚が薄くなることにより、側壁９をシェアモ
ード変形させた際における圧力室１３の容積変化率が大
きくなり、インク吐出口１４からのインク滴の吐出性能
が向上する。図２は、圧電部材６，７間の接着剤１６の
厚さを変えた場合におけるシェアモード変形時の圧力室
１３の容積変化率を説明するものであり、図２（ａ）は
スクリーン印刷することによって接着剤１６を薄く塗布
した状態であり、図２（ｂ）は接着剤１６を厚く塗布し
た状態である。接着剤１６はシェアモード変形しないた
め、接着剤１６の膜厚が厚くなるにつれて圧力室１３の
容積変化率が小さくなり、インク滴の吐出性能が低下す
る。即ち、上述したように、接着剤１６の膜厚を薄くす
ることにより、インク滴の吐出性能が向上する。

【００２３】ついで、接着剤１６をスクリーン印刷した
圧電部材６を真空雰囲気中に所定時間放置することによ
り、スクリーン印刷した接着剤１６に含まれている気泡
２３が脱泡される。なお、接着剤１６をスクリーン印刷
によって薄く塗布することにより、真空雰囲気中におけ
る接着剤１６からの気泡２３の脱泡が促進される。そし
て、同じ真空雰囲気中で圧電部材６，７同士を接着剤１
６を介して接着させることにより、この接着時において
接着剤１６の中に気泡が入るということを防止できる。
さらに、真空雰囲気中で接着した圧電部材６，７を高温
槽２２に入れて加熱加圧することにより接着剤１６の粘
度が下がり、接着剤１６の中に閉じ込められていた気泡
２３を接着剤１６の中から排出させることができ、接着
剤１６中に残留する気泡２３をより一層低減させること
ができる。

【００２４】このようにして接着剤１６中に含まれる気
泡２３を低減させているため、圧電部材６，７同士を接
着して溝８と側壁９とを形成した際に、隣合う溝８同士
をつなぐような大きな寸法の気泡、例えば、直径が２０
μｍを越えて側壁９の横幅より大きな気泡が接着剤１６
中に残留するということがない。このため、インクジェ
ットプリンタヘッド１を形成した後に、接着剤１６中に
残留していた気泡によって隣合う圧力室１３同士がリー
クするということがなく、印字指令に応じたインク滴の
吐出を確実に行なわせることができる。

【００２５】なお、本実施の形態においては、二枚の圧
電部材６，７を、これらの圧電部材６，７の線膨張係数
と略等しい線膨張係数を有する接着剤１６で接着する場
合を例に挙げて説明したが、圧電部材と圧電部材以外の
板状部材、例えば、セラミックス基板やガラス基板を接
着して基板を形成するようにしてもよい。この場合に
は、圧電部材の線膨張係数と板状部材の線膨張係数との
双方に近似する線膨張係数を有する接着剤を作製し、こ
の接着剤を用いて圧電部材と板状部材とを接着する。な
お、作製する接着剤の線膨張係数は、混合するフィラー
の量や種類を変更することにより調製することができ
る。

【００２６】ついで、本発明の第二の実施の形態を図４
に基づいて説明する。なお、図１ないし図３において説
明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略す
る（以下、同様）。本実施の形態のインクジェットプリ
ンタヘッドの製造方法は、図１ないし図３に示した製造
方法と基本的には同じである。異なる点は、接着剤１６
をスクリーン印刷した圧電部材６を真空雰囲気中に所定
時間放置した後に圧電部材７と接着させる場合に、圧電
部材６，７同士の一端側を接触させると共に他端側を離
反させた状態で対向させ、圧電部材６，７同士の接触部
を支点として圧電部材７を回動させるようにし、圧電部
材６，７同士の接着を一端側から他端側へ向けて次第に
行なうようにした点である。

【００２７】このようにして圧電部材６，７を接着させ
ることにより、圧電部材６，７間に位置していた空気は
圧電部材６，７同士を接着させることに伴って圧電部材
６，７間から次第に押し出され、圧電部材６，７同士の
接着時に接着剤１６中に入り込む気泡がより一層少なく
なる。

【００２８】ついで、本発明の第三の実施の形態を図５
に基づいて説明する。本実施の形態のインクジェットプ
リンタヘッドの製造方法は、図１ないし図３に示した製
造方法と基本的に同じである。異なる点は、接着した圧
電部材６，７を高温槽２２に入れる際に接着ジグ２１に
取り付けるが、このとき、数ｍｍの厚さ寸法を有するシ
リコンなどの弾性部材２４を介装して取り付ける点であ
る。

【００２９】このようにして、接着ジグ２１への圧電部
材６，７の取り付けを弾性部材２４を介して行なうこと
により、圧電部材６，７間の接着剤１６には均一に圧力
が加わるようになり、接着剤１６の膜厚がより一層均一
になると共に接着剤１６中に残留する気泡がより一層少
なくなる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、温度変化
によって圧電部材と接着剤とが伸縮を繰り返しても、圧
電部材と接着剤との剥離を防止でき、この剥離によって
隣合う圧力室同士がリークすることを防止できる。

【００３１】請求項２記載の発明によれば、温度変化に
よって圧電部材と板状部材と接着剤とが伸縮を繰り返し
ても、圧電部材と接着剤との剥離、及び、板状部材と接
着剤との剥離を防止でき、この剥離によって隣合う圧力
室同士がリークすることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第一の形態のインクジェットプ
リンタヘッドを一部を破断して示す斜視図である。

【図２】圧電部材同士を接着する接着剤の膜厚の差によ
るシェアモード変形時の圧力室の容積変化率を説明する
ための正面図であり、（ａ）はスクリーン印刷によって
接着剤を薄く塗布した状態であり、（ｂ）は接着剤を厚
く塗布した状態である。

【図３】一対の圧電部材を接着する工程を説明するもの
で、（ａ）は、スクリーン印刷版を用いて接着剤をスク
リーン印刷する工程を説明する斜視図、（ｂ）は、接着
剤をスクリーン印刷した圧電部材を真空雰囲気中に入れ
て接着剤の中から気泡を脱泡させると共にその真空雰囲
気中で圧電部材同士を接着する工程を説明する正面図、
（ｃ）は、接着した圧電部材同士を加熱加圧する工程を
説明する正面図である。

【図４】本発明の実施の第二の形態において、真空雰囲
気中で圧電部材同士を接着する工程を示す正面図であ
る。

【図５】本発明の実施の第三の形態において、接着した
圧電部材同士を加熱加圧する工程を説明する正面図であ
る。

【符号の説明】

１ インクジェットプリンタヘッド ２ 基板 ３ 天板 ４ ノズル板 ６，７ 圧電部材 ８ 溝 ９ 側壁 １０ 電極 １３ 圧力室 １４ インク吐出口 １６ 接着剤

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二枚の圧電部材を積層させて接着した基
   板と、前記圧電部材に交互に形成した多数の溝と側壁
   と、この側壁に設けた電極と、前記溝の頂部側開口面を
   覆うように前記基板に固定した天板と、前記溝に対応す
   る多数のインク吐出口を形成してこれらの溝の先端側開
   口面を覆うように前記基板に固定したノズル板と、前記
   溝を前記天板と前記ノズル板とで囲むことにより形成し
   た圧力室とを有するインクジェットプリンタヘッドにお
   いて、前記圧電部材の線膨張係数と略等しい線膨張係数
   を有してフィラーを混合した接着剤を一方の前記圧電部
   材の接着面にスクリーン印刷し、前記圧電部材を真空雰
   囲気中に所定時間放置し、前記圧電部材同士を真空雰囲
   気中で接着し、接着した前記圧電部材を大気中に戻して
   加熱加圧することを特徴とするインクジェットプリンタ
   ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 圧電部材と圧電部材以外の板状部材とを
   積層させて接着した基板と、この基板に交互に形成する
   と共に少なくとも一部が前記圧電部材からなる多数の溝
   と側壁と、この側壁に設けた電極と、前記溝の頂部側開
   口面を覆うように前記基板に固定した天板と、前記溝に
   対応する多数のインク吐出口を形成してこれらの溝の先
   端側開口面を覆うように前記基板に固定したノズル板
   と、前記溝を前記天板と前記ノズル板とで囲むことによ
   り形成した圧力室とを有するインクジェットプリンタヘ
   ッドにおいて、前記圧電部材の線膨張係数と前記板状部
   材の線膨張係数との双方に近似する線膨張係数を有して
   フィラーを混合した接着剤を前記圧電部材の接着面と前
   記板状部材の接着面とのいずれか一方にスクリーン印刷
   し、前記圧電部材又は前記板状部材を真空雰囲気中に所
   定時間放置し、前記圧電部材と前記板状部材とを真空雰
   囲気中で接着し、接着した前記圧電部材と前記板状部材
   とを大気中に戻して加熱加圧することを特徴とするイン
   クジェットプリンタヘッドの製造方法。